一種瀝青穩(wěn)定再生集料層的設(shè)計(jì)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及建筑垃圾再利用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體公開(kāi)了一種瀝青穩(wěn)定再生集料層的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：步驟一，按照《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D50-2006)的設(shè)計(jì)方法，確定路面結(jié)構(gòu)的各結(jié)構(gòu)層的材料與厚度；步驟二，根據(jù)各瀝青面層的材料與厚度，計(jì)算各瀝青面層的最大剪應(yīng)力τi；步驟三，根據(jù)各瀝青面層的最大剪應(yīng)力τi，計(jì)算瀝青穩(wěn)定再生集料層的容許車(chē)轍深度[Rr]；再計(jì)算瀝青穩(wěn)定再生集料層的動(dòng)穩(wěn)定度容許值[DS]；步驟四，進(jìn)行瀝青穩(wěn)定再生集料層的級(jí)配組成設(shè)計(jì)，并確定其最佳瀝青用量；進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)測(cè)試其動(dòng)穩(wěn)定度DS，使得DS≥[DS]。本發(fā)明的瀝青穩(wěn)定再生集料層的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)合理，成本低，使用操作簡(jiǎn)便，能延長(zhǎng)路面的使用壽命，降低路面養(yǎng)護(hù)成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種瀝青穩(wěn)定再生集料層的設(shè)計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及建筑垃圾再利用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體公開(kāi)了一種浙青穩(wěn)定再生集料層的設(shè) 計(jì)方法。 技術(shù)背景
[0002] 建筑垃圾是指建（構(gòu)）筑物建設(shè)與拆除、路面建設(shè)與翻修、混凝土生產(chǎn)和工程施工 等其它狀況下產(chǎn)生的固體廢棄物。土木工程建設(shè)與拆除會(huì)產(chǎn)生大量建筑垃圾，我國(guó)正處于 建設(shè)高峰期，每年產(chǎn)生的建筑垃圾達(dá)6億噸，其中廢棄的水泥混凝土占60%以上。
[0003] 再生集料（Recycled Concrete Aggregate, RCA)是指建筑垃圾中的廢棄水泥混凝 土經(jīng)分揀、剔筋、破碎、分級(jí)后形成的粒徑小于40mm的骨料,包括再生粗集料（4. 75mm <粒 徑< 40mm)和再生細(xì)集料（粒徑< 4.75mm)。自二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家相 繼開(kāi)展了建筑垃圾路用的研究，主要用于路面基層、路肩和路基，在少數(shù)情況下用于面層， 美國(guó)有超過(guò)20個(gè)州在公路建設(shè)中采用再生骨料。中國(guó)各級(jí)政府部門(mén)鼓勵(lì)建筑垃圾的資源 化利用，全國(guó)人大于1995年11月通過(guò)了《城市固體垃圾處理》，要求"產(chǎn)生的部門(mén)必須交納 垃圾處理費(fèi)"，但由于各種原因，我國(guó)目前仍有巨量的建筑垃圾被直接運(yùn)往城市郊區(qū)露天堆 放或簡(jiǎn)單的填埋，不僅占用了大量的土地，而且會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。另一方面，我國(guó)大 規(guī)模的公路建設(shè)需要耗用大量石料，路面混合料中90%以上是集料，普遍選用玄武巖、花崗 巖、石灰?guī)r等優(yōu)質(zhì)集料。隨著修筑公路過(guò)程中大量使用，高質(zhì)量集料已被消耗殆盡，使得路 面集料供需矛盾日益突出，價(jià)格越來(lái)越高。因此，利用再生骨料替代天然集料進(jìn)行路面建 設(shè)，不僅能緩解天然集料緊缺的情況，同時(shí)也有助于解決建筑垃圾的處理問(wèn)題，可以起到一 箭雙雕的作用。具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，是目前處理城市化過(guò)程中代謝的大量建 筑垃圾最為有效的途徑。
[0004] 浙青穩(wěn)定碎石是我國(guó)浙青路面常用的混合料，被廣泛應(yīng)用于浙青路面下面層或柔 性基層。傳統(tǒng)上，浙青穩(wěn)定碎石由浙青、天然碎石和礦粉按比例混合而成。采用再生集料 部分或全部替代浙青穩(wěn)定碎石中的天然集料，設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的浙青穩(wěn)定再生集料，不僅 能大規(guī)模再利用建筑垃圾，而且還能大幅提高建筑垃圾的附加價(jià)值?，F(xiàn)階段我國(guó)尚沒(méi)有浙 青穩(wěn)定再生集料的設(shè)計(jì)方法，在常規(guī)的使用方法中往往是按照現(xiàn)行《公路浙青路面施工技 術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004)的方法進(jìn)行。與天然浙青穩(wěn)定碎石相比，再生集料表面存在微裂 縫與空隙，吸水率大且粘附性差，又增加了對(duì)浙青的吸附量；其次，再生集料含有具備一定 活性的硅酸鹽，這些活性物質(zhì)與浙青能發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)；最后，再生集料表面比天然碎 石更粗糙、且有很多孔隙，混合料拌和過(guò)程中，浙青更易滲透進(jìn)再生集料表面及內(nèi)部空隙， 進(jìn)而提高界面強(qiáng)度。以上因素導(dǎo)致浙青穩(wěn)定再生集料與傳統(tǒng)的浙青穩(wěn)定碎石在粘附性、力 學(xué)特性、路用性能等方面存在較大差異，如果按照上述方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，會(huì)存在以下問(wèn)題：（1) 浙青路面的材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相互脫節(jié)，材料的設(shè)計(jì)沒(méi)有體現(xiàn)結(jié)構(gòu)組合的性能水平；(2)在 確定鋪裝結(jié)構(gòu)組合后，也沒(méi)有根據(jù)各結(jié)構(gòu)層的性能要求有針對(duì)性、有側(cè)重地選擇原材料并 進(jìn)行混合料的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并根據(jù)交通量、使用環(huán)境等進(jìn)行有針對(duì)性的路用性能檢驗(yàn)。由此會(huì) 導(dǎo)致了浙青路面易產(chǎn)生車(chē)轍病害，且耐久性不足。
[0005] 因此，針對(duì)建筑垃圾再生集料本身的技術(shù)性質(zhì)，設(shè)計(jì)出合理的浙青穩(wěn)定再生集料 的設(shè)計(jì)方法是正確使用建筑垃圾再生有效途徑，有利于建筑垃圾再生集料在公路建設(shè)中的 推廣使用，是消納城市建筑垃圾的有效途徑，并能大幅提高建筑垃圾的附加價(jià)值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種浙青穩(wěn)定再生集料層的設(shè) 計(jì)方法。該方法步驟簡(jiǎn)單，針對(duì)建筑垃圾再生集料的技術(shù)性質(zhì)展開(kāi)合理設(shè)計(jì)，投入成本低且 使用操作簡(jiǎn)便、使用效果好，能有效解決現(xiàn)有的浙青穩(wěn)定再生集料設(shè)計(jì)方法不能實(shí)現(xiàn)路面 結(jié)構(gòu)與材料一體化控制車(chē)轍的缺陷。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0008] -種浙青穩(wěn)定再生集料層的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0009] 步驟一，按照《公路浙青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50-2006)的設(shè)計(jì)方法，確定路面結(jié) 構(gòu)的各結(jié)構(gòu)層材料與厚度，所述路面結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)層包含N個(gè)浙青面層，N為自然數(shù)；所述N 個(gè)浙青面層中至少包含上面層和浙青穩(wěn)定再生集料層；N個(gè)浙青面層分別用序號(hào)i表示，i =1，2, . . .，N，上面層的序號(hào)為1，其下各浙青面層的序號(hào)依次為2、3…N，設(shè)定浙青穩(wěn)定再 生集料層的序號(hào)為r，r> 1。
[0010] 步驟二，根據(jù)N個(gè)浙青面層的材料與厚度，計(jì)算N個(gè)浙青面層對(duì)應(yīng)的最大剪應(yīng)力 T i, i = 1,2, ? ? ? , N。
[0011] N個(gè)浙青面層對(duì)應(yīng)的最大剪應(yīng)力Ti的計(jì)算，包括以下子步驟：
[0012] 2a)確定N個(gè)浙青面層對(duì)應(yīng)的厚度、模量和泊松比；
[0013] 2b)施加標(biāo)準(zhǔn)軸載，雙圓垂直均布荷載、接地壓力為0. 7MPa、直徑為0. 213m、雙圓 圓心距離為1. 5倍直徑；
[0014] 計(jì)算雙圓輪隙中心下不同深度處的最大剪應(yīng)力nk;所述不同深度處是指，從路表 Ocm開(kāi)始向下以固定間隔確定深度計(jì)算點(diǎn)，直至浙青面層底部，設(shè)定不同深度計(jì)算點(diǎn)的序號(hào) 為k, k為正整數(shù)；
[0015] 2c)分別在每個(gè)浙青面層的厚度內(nèi)取最大剪應(yīng)力nk的最大值作為對(duì)應(yīng)浙青面層 的最大剪應(yīng)力T i，i = 1，2, ? ? ?，N。
[0016] 步驟三，根據(jù)N個(gè)浙青面層對(duì)應(yīng)的最大剪應(yīng)力T i，i = 1，2, ? ? ?，N ;計(jì)算浙青穩(wěn)定 再生集料層的容許車(chē)轍深度[Rj，r為浙青穩(wěn)定再生集料層的序號(hào)；再計(jì)算浙青穩(wěn)定再生集 料層的動(dòng)穩(wěn)定度容許值[DS]。
[0017] 其中，容許車(chē)轍深度[RJ的計(jì)算，包括以下子步驟：
[0018] 3a)采用公式

【權(quán)利要求】
1. 一種浙青穩(wěn)定再生集料層的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一，確定路面結(jié)構(gòu)的各結(jié)構(gòu)層材料與厚度，所述路面結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)層包含N個(gè)浙青 面層，N為自然數(shù)；所述N個(gè)浙青面層中至少包含上面層和浙青穩(wěn)定再生集料層；N個(gè)浙青 面層分別用序號(hào)i表示，i = 1，2，. ..，N，上面層的序號(hào)為1，其下各浙青面層的序號(hào)依次為 2、3…N，設(shè)定浙青穩(wěn)定再生集料層的序號(hào)為r，r > 1 ; 步驟二，根據(jù)N個(gè)浙青面層的材料與厚度，計(jì)算N個(gè)浙青面層對(duì)應(yīng)的最大剪應(yīng)力Ti, i=1，2，? ? ?，N ; 步驟三，根據(jù)N個(gè)浙青面層對(duì)應(yīng)的最大剪應(yīng)力T i，i = 1，2，. ..，N ;計(jì)算浙青穩(wěn)定再生 集料層的容許車(chē)轍深度[Rj，r為浙青穩(wěn)定再生集料層的序號(hào)；再計(jì)算浙青穩(wěn)定再生集料層 的動(dòng)穩(wěn)定度容許值[DS]; 步驟四，進(jìn)行浙青穩(wěn)定再生集料層的級(jí)配組成設(shè)計(jì)，確定其最佳浙青用量，并進(jìn)行車(chē)轍 試驗(yàn)測(cè)試其動(dòng)穩(wěn)定度DS，使得DS > [DS]。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的浙青穩(wěn)定再生集料層的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟二所述N 個(gè)浙青面層對(duì)應(yīng)的最大剪應(yīng)力T ,的計(jì)算，包括以下子步驟： 2a)確定N個(gè)浙青面層對(duì)應(yīng)的厚度、模量和泊松比； 2b)施加標(biāo)準(zhǔn)軸載，計(jì)算雙圓輪隙中心下不同深度處的最大剪應(yīng)力nk;所述不同深度 處是指，從路表Ocm開(kāi)始向下以固定間隔確定深度計(jì)算點(diǎn)，直至浙青面層底部，設(shè)定不同深 度計(jì)算點(diǎn)的序號(hào)為k，k為正整數(shù)； 2c)分別在每個(gè)浙青面層的厚度內(nèi)取最大剪應(yīng)力nk的最大值作為對(duì)應(yīng)浙青面層的最 大剪應(yīng)力 T i，i = 1，2, ? ? ?，N。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的浙青穩(wěn)定再生集料層的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟三所述 容許車(chē)轍深度[RJ的計(jì)算，包括以下子步驟：
計(jì)算得出各浙青面層的剪應(yīng)力分配比例Pi, i = 1，2, . . .，N， N為浙青面層的個(gè)數(shù)；其中，T i為N個(gè)浙青面層對(duì)應(yīng)的最大剪應(yīng)力，且記浙青穩(wěn)定再生集料 層的剪應(yīng)力分配比例為Pr ; 3b)采用公式[RJ = [RJ XPr，計(jì)算浙青穩(wěn)定再生集料層的容許車(chē)轍深度[RJ，其中， [RJ為路表容許車(chē)轍深度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的浙青穩(wěn)定再生集料層的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟三中所 述浙青穩(wěn)定再生集料層的動(dòng)穩(wěn)定度容許值[DS]的計(jì)算，包括以下子步驟： 4a)計(jì)算浙青穩(wěn)定再生集料層的月平均溫度 收集工程所在地的氣溫，從初始年第一個(gè)月算起，計(jì)算第j個(gè)月工程所在地的月平均 氣溫，其中，j為正整數(shù)且j > 2 ;再采用路面溫度場(chǎng)預(yù)估模型計(jì)算第j個(gè)月浙青穩(wěn)定再生集 料層中間深度處的溫度，將其作為第j個(gè)月浙青穩(wěn)定再生集料層的月平均溫度； 所述路面溫度場(chǎng)預(yù)估模型為：
式中，為第j個(gè)月工程所在地的月平均溫度，°C ;M"^為第j個(gè)月浙青穩(wěn)定再生 集料層的月平均溫度，°c ;z為路表至浙青穩(wěn)定再生集料層中間深度處的深度且其單位為 in，其中 Iin = 2. 54cm，j 蘭 2。 4b)計(jì)算月累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù) 計(jì)算初始年的累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)N1和交通增長(zhǎng)率Y，然后采用公式Na = N1X (1+Y)a，計(jì)算第a年的累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)Na，其中a為自然數(shù)；再采用公式
，計(jì)算第a年n月的月平均累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)Na， n，I < n < 12 ; 4c)將浙青穩(wěn)定再生集料層的動(dòng)穩(wěn)定度容許值的初始值設(shè)定為[DSJ ;建立車(chē)轍預(yù)估模 型，并進(jìn)行車(chē)轍檢驗(yàn)，從初始年第一個(gè)月算起，計(jì)算第j個(gè)月末浙青穩(wěn)定再生集料層的車(chē)轍 深度RD」，其中，j為正整數(shù)且j彡2 ; 所述的車(chē)轍預(yù)估模型為：
式中，RDj為第j個(gè)月末浙青穩(wěn)定再生集料層的車(chē)轍深度；[DSJ為設(shè)定的浙青穩(wěn)定再 生集料層的動(dòng)穩(wěn)定度容許值的初始值；％為第j個(gè)月的月平均累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)，j = (a-1) X 12+n，a為自然數(shù)，1彡n彡12為第j個(gè)月浙青穩(wěn)定再生集料層的月平均溫 度，°C ; ^為浙青穩(wěn)定再生集料層的最大剪應(yīng)力，MPa ;v為行車(chē)速度，km/h ;m為材料蠕變 參數(shù)，與混合料性質(zhì)有關(guān)； 所述第j個(gè)月末浙青穩(wěn)定再生集料層的車(chē)轍深度Rh的具體計(jì)算包括以下子步驟：
③ 計(jì)算RDp1在溫度L下的歷史累計(jì)等效軸載作用次數(shù)Npjs,
④ 計(jì)算浙青穩(wěn)定再生集料層第j個(gè)月末的歷史累計(jì)軸載作用次數(shù)Npj， nPJ = Npjs+Nj ⑤ 計(jì)算浙青穩(wěn)定再生集料層第j個(gè)月末的累積車(chē)轍深度RDj,
4d)將車(chē)轍深度RDj與容許車(chē)轍深度[RJ相比較，當(dāng)RDj位于0. 98 [RJ-1. 02 [RJ范圍 時(shí)，接受動(dòng)穩(wěn)定度容許值的初始值[DSJ為動(dòng)穩(wěn)定度的容許值[DS];否則，調(diào)整動(dòng)穩(wěn)定度容 許值的初始值[DSJ，使得RDj位于0. 98 [RJ -1. 02 [RJ范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的浙青穩(wěn)定再生集料層的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述調(diào)整動(dòng) 穩(wěn)定度容許值的初始值[DSJ的具體子步驟為： 當(dāng)RDj彡1.02[RJ時(shí)，采用公式[DSJ = [DSJ + ADS調(diào)整[DSJ，并重新計(jì)算RD」，使得 RDj位于0.98[RJ-1.02[RJ范圍；ADS為動(dòng)穩(wěn)定度調(diào)整幅值，[DSJ動(dòng)穩(wěn)定度容許值的調(diào) 整值； 當(dāng)RDj彡0? 98 [RJ時(shí)，采用公式[DS J = [DSJ - A DS調(diào)整[DSJ，并重新計(jì)算RD」，使得 RDj位于0.98[RJ-1.02[RJ范圍；ADS為動(dòng)穩(wěn)定度調(diào)整幅值，[DSJ動(dòng)穩(wěn)定度容許值的調(diào) 整值。
【文檔編號(hào)】E01C7/32GK104358201SQ201410624810
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】紀(jì)小平, 侯月琴, 王延海, 曹海利, 王海燕, 劉陵慶 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)